【C++】迭代器：遍历容器的利器

当涉及C++中的迭代器时，我们通常指的是容器类的成员类型，它们提供了一种访问容器元素的抽象方式。通过迭代器，我们可以遍历容器中的元素，执行插入、删除和修改等操作，而无需了解容器内部的具体实现细节。本篇博客将介绍C++中迭代器的基本概念、常见用法以及一些实际示例。

迭代器的基本概念

在C++中，迭代器是一种类指针的对象，可用于遍历容器中的元素。它提供了对容器内容的间接访问，使得我们可以以统一的方式处理不同类型的容器。每种容器都定义了适合它的迭代器类型，比如std::vector有正向迭代器（iterator）和常量正向迭代器（const_iterator），std::list有双向迭代器（iterator）和常量双向迭代器（const_iterator）。

迭代器的基本操作

1. 迭代器的初始化：可以使用容器的成员函数begin()和end()来获取迭代器的起始位置和结束位置。

2. 迭代器的遍历：使用循环结构（如for循环或while循环）和迭代器来遍历容器中的元素。通常使用递增运算符++将迭代器移动到下一个位置，并使用解引用运算符*来访问当前迭代器指向的元素。

3. 迭代器的比较：可以使用比较运算符（如==、!=、<、>等）来比较迭代器。

#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> myVector = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 比较两个迭代器是否相等
    std::vector<int>::iterator it1 = myVector.begin();
    std::vector<int>::iterator it2 = myVector.begin();
    if (it1 == it2) {
        std::cout << "it1 和 it2 指向同一个元素" << std::endl;
    }

    // 判断两个迭代器所指向元素的相对位置
    std::vector<int>::iterator start = myVector.begin();
    std::vector<int>::iterator end = myVector.end();
    if (start < end) {
        std::cout << "start 在 end 之前" << std::endl;
    }

    return 0;
}

4. 迭代器的操作：可以对迭代器进行一些操作，如迭代器的赋值、增减、解引用等。

示例代码

#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> myVector = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 声明迭代器
    std::vector<int>::iterator it;

    // 遍历输出容器中的元素
    for (it = myVector.begin(); it != myVector.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
    
    return 0;
}

• 用auto可以省去声明迭代器

#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> myVector = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 遍历输出容器中的元素
    for (auto it = myVector.begin(); it != myVector.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
    
    return 0;
}

注意事项

1. 迭代器的有效性：当容器发生修改时，迭代器可能会失效，因此需要注意在修改容器后更新迭代器。

2. 边界条件：使用迭代器时需要小心边界条件，确保不会越界访问容器的元素。

• 以下是一个简单的示例，展示了在不正确地处理迭代器时可能导致的越界访问问题：

#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> myVector = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 错误示例：尝试在循环中删除偶数元素
    for (auto it = myVector.begin(); it != myVector.end(); ++it) {
        if (*it % 2 == 0) {
            myVector.erase(it);  // 删除偶数元素
        }
    }

    return 0;
}

在上述示例中，我们尝试在循环中使用迭代器遍历 myVector 并删除其中的偶数元素。然而，这样的操作会导致迭代器失效，因为在调用 erase 函数后迭代器 it 将指向一个无效的位置。这种情况下，继续使用失效的迭代器进行遍历或解引用操作将导致未定义的行为，有可能导致程序崩溃或产生错误的结果。

因此，正确处理迭代器的失效情况对于避免越界访问至关重要。在需要修改容器的同时遍历其中的元素时，通常建议先收集需要删除的元素，然后再进行批量删除，以避免迭代器失效的问题。

#include 
#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> myVector = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 创建容器来存储需要删除的元素
    std::vector<int> elementsToRemove;

    // 收集需要删除的元素
    for (auto it = myVector.begin(); it != myVector.end(); ++it) {
        if (*it % 2 == 0) {
            elementsToRemove.push_back(*it);
        }
    }

    // 批量删除需要删除的元素
    for (auto element : elementsToRemove) {
        myVector.erase(std::remove(myVector.begin(), myVector.end(), element), myVector.end());
    }

    // 输出删除偶数元素后的 vector
    for (auto num : myVector) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

• 避免了直接在循环中删除元素导致迭代器失效的问题：

#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> myVector = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 正确写法：使用迭代器擦除元素后，将迭代器指向被删除元素的下一个位置
    for (auto it = myVector.begin(); it != myVector.end(); ) {
        if (*it % 2 == 0) {
            it = myVector.erase(it);  // 删除偶数元素，并将迭代器指向被删除元素的下一个位置
        } else {
            ++it;  // 继续遍历下一个元素
        }
    }

    // 输出删除偶数元素后的 vector
    for (auto num : myVector) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

结语

通过迭代器，我们可以方便地遍历和操作容器中的元素，使得C++中的容器类具有了更加灵活和统一的特性。同时，了解迭代器的基本概念和常见用法，对于编写高效、清晰的C++代码至关重要。希望本篇博客能够帮助读者更好地理解C++中迭代器的用法和意义。